铰链四杆机构

学科

金属加工

授课班级

17加工

授课时数

8

教学策略选择

教学内容: 铰链四杆机构的基本性质

教学方法：以“诱发——质疑——探讨”为主线，通过“演示——观察——分析讨论——归纳总结”的程序，

教学组织：通过引导和练习让学生自主学习并学会归纳总结。

教学评价：课堂评价表。

知识点

本节“铰链四杆机构的基本性质”一共阐述了三大问题：曲柄存在的条件、急回特性和死点位置。曲柄存在的条件是是第四节“铰链四杆机构的演化”知识的讲授基础和铺垫，也是进一步学习§9——3“棘轮机构”理论精华。急回特性和死点位置这两个问题含概的知识点多，理论性较强，是前两节内容的深化和提升，并对生产实践起着重要指导意义。所以这部分内容是第七章乃至整本书的重点。

教学目标

知识目标：1、掌握铰链四杆机构基本类型组成的几何条件，并能利用类型判断条件解决生产实际问题。

2、掌握急回特性和死点位置产生的条件。

3、明确急回特性和死点位置在实践中的应用。

能力目标：1、通过质疑、引思、讨论、归纳等程序，教给学生学会研究问题的方法；

2、通过讲练结合，培养学生分析、判断、解决问题的能力和求变思维能力。

素质目标：1、培养学生勤于思考的良好习惯，借助多种教学媒体，对三种机构不同类型组成条件进行探索，培养学生比较、判断、推理的能力。

2、通过引导学生参与分析问题和解决问题的过程，使学生体验成功的感受，激发学生的学习热情，增强学生自信心。

教学重点和难点

项    目

内       容

解     决     措     施

教学重点

1、四杆机构三种基本形式组成条件、应用为本节的教学重点。

2、急回特性和死点的产生条件，

产生条件对于指导实践生产有着重要意义，所以在教学过程的三个环节中以不同的方式进行强化、突出。

教学难点

1、四杆机构三种基本形式组成条件、应用。

2、急回和死点产生原因，产生原因的推导相对学生的基础而言有一定难度，

产生原因的推导相对学生的基础而言有一定难度在教学过程中主要以问题诱导方式分步进行化解。

板书设计

                           §7——3铰链四杆机构的基本性质

一、曲柄存在的条件

1．几何特性——转动副为整转副的条件
  　　两构件能相对转动360°的转动副——整转副
      A、B铰链整转副     C、D铰链非整转副

2．以曲柄摇杆机构为例分析

  （推倒过程）

结论：

曲柄存在的条件：

  3．例题讲解：

       （讲解过程）

4．课堂练习

     （答案）

教学

环节

教师活动

学生活动

教学媒体

设计意图

Ⅰ、复习提问（用时2分钟）

（1）铰链四杆机构三大基本类型是什么？

（2）曲柄摇杆构件运动有什么特点？

Ⅱ、导入新课（用时3分钟）

板书课题后，重播放幻灯片——汽车窗雨刷，指导学

生观察机构运转情况，并探讨下列问题：

（1）曲柄能否整周运动，与机构中各杆长度有何关系？

（2）摇杆在两个极限位置时，曲柄与连杆位置关系如何？

（3）曲柄存在与否关键看曲柄能否通过哪两个特殊位置？

Ⅲ、新课讲授：

一、曲柄存在的条件

1．几何特性——转动副为整转副的条件（用时5分钟）
  　　两构件能相对转动360°的转动副——整转副
  　　具有整转副的四杆机构才可能存在曲柄（观看模型有、无两种情况，说明有整转副需要具备一定条件）
  2.以曲柄摇杆机构为例分析：（用时15分钟）

因AB为曲柄，所以可绕A铰链整周回转，转一周中，

其与连杆两次共线，所以其与连杆2绕B点也为整转副

（夹角在0～360°之间变化）。3为摇杆，所以C、D铰链均

不为整转副。当曲柄与连杆两次共线时，分别构成△AC₁D

△AC₂D。
  在△AC₁D中：      ①  
  　　                                      ②  
  　在△AC₂D中：                    ③    

 由①+②   a≤b
  　　  ②+③     a≤d    即AB是最短杆。

①+③     a≤c                       
  　　当整转副处于机架上时，方能形成曲柄。所以

四杆机构是否有曲柄，还要根据机架条件来判断：

当符合杆长和条件，

且取最短杆为机架 —— 双曲柄机构机构
  　取最短杆邻边为机架——曲柄摇杆机构
    取最短杆对边为机架——双摇杆机构

若不符合杆长和条件无论取谁作机架—— 双摇杆

机构
  结论：曲柄存在的条件：

（1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆；

（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其

它两杆长度之和（称为杆长条件）。

铰链四杆机构的判别步骤：

四杆机构中最短杆与最长杆之和小于或等

于其余两杆之和，有以下三种情况：

①以最短杆的相邻杆为机架时，为曲柄摇杆机构；

②以最短杆为机架时，为双曲柄机构；

③以最短杆的相对杆为机架时，为双摇杆机构。

（2）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆之和大于

其余两杆之和，则不论那一种情况均为双摇杆机构。

3．例题讲解：（用时10分钟）

1、铰链四杆机构中的四杆长度尺寸为：

AB=130mm，BC=150mm，CD=175mm，

AD=200mm。若取AD杆为机架，试判断此机构属

于哪一种类型？（板书解答过程）

2、铰链四杆机构中的四杆长度尺寸为：AB=450mm，

BC=400mm，CD=300mm，AD=200mm。试问以哪

杆为机架，可以得到曲柄摇杆机构？如以BC为机

架，则会得到什么机构？如以CD为机架，则会得

到什么机构？（板书解答过程）

4、课堂练习：（分组讨论，教师巡回指导）

（用时10分钟）

二、急回特性：（用时20分钟）

1．急回特性

当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平

均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性

称为急回特性。

2．极位夹角概念：

当曲柄AB为原动件并作等速回转时，摇杆CD

为从动件并作往复变速摆动，曲柄AB在回转一周

的过程中有两次与连杆BC共线。这时摇杆CD分别

处在左右两个极限位置，此两极限位置时曲柄所在

直线之间所夹的锐角称为极位夹角。

3．行程速比系

又称行程速度变化系数即：从动件的空回行

程的平均速度与从动件的工作行程的平均速度的

比值。用来衡量，

结论：①k>1则表示空回行程速度高于工作行

程速度，机构有急回；当k=1时，则表示两行程速

度相同，机构无急回。

②当曲柄摇杆机构有极位夹角时，机构就有

急回运动特性，而且角越大，值就越大，机构

的急回特性就越显著。在进行机构设计时，若预先

给出值，则可以求出值：

4．应用：

     缩短了非工作时间，提高工作效率。

三、死点位置

  1．死点产生的原因、条件（用时10分钟）

  当摇杆为主动件，只要曲柄和连杆共线，从

动曲柄所受力矩为零，无论驱动力矩有多大都不会

推动曲柄回转而出现死点。

2．死点位置概念（用时2分钟）

连杆与从动件共线时出现的从动件不能转动，或

转向不确定的位置，叫死点位置（又称止点位置）。

  3．曲柄摇杆机构的死点数目   （用时1分钟）

           2个

  4．克服死点方法（用时3分钟）

     一是利用从动曲柄本身的质量或附加一转动惯

量较大的飞轮，依靠其惯性作用来导向；二是增设

辅助构件；三是采取多组机构错列等。

 5．死点在实践中的应用（用时3分钟）

一提到应用，学生一般都会想到死点的出现会

使机构不能正常运转需要克服，这时我会引导学生

从死点产生的原因出发并结合踏板机构和机车车轮

的实例找出三种克服的办法。其实死点还有它有用

的一面，由于学生缺乏生活经验往往想不到，在这

里我会给出飞机起落架和钻床夹紧机构两个实例，

通过对这两组图的分析，让学生了解死点在实践中

有益的一面。通过对死点有害、有益两方面得分析

，引导学生要一分为二地看待问题。

Ⅳ、小结：（用时3分钟）

 一、铰链四杆机构曲柄存在条件

1．连架杆和机架中必有一杆是最短杆；

2．最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它

两杆长度之和（称为杆长条件）。

铰链四杆机构的判别步骤：

（1）     四杆机构中最短杆与最长杆之和小于或

等于其余两杆之和，有以下三种情况

①以最短杆的相邻杆为机架时，为曲柄摇杆机构；

②以最短杆为机架时，为双曲柄机构；

③以最短杆的相对杆为机架时，为双摇杆机构。

若铰链四杆机构中最短杆与最长杆之和大

于其余两杆之和，则不论那一种情况均为双摇杆机

构。

二、急回特性

    1．急回特性

2．极位夹角概念

      3．行程速比系数

      4．应用

三、死点位置

        1．死点产生的原因条件

        2．死点位置概念

3．曲柄摇杆机构的死点数目  

        4．克服死点方法

    5．死点在实践中的应用

Ⅴ、布置作业（用时1分钟）

 通过课后习题、习题册§7—3习题，以进一

步强化重点。

Ⅵ、拓展延伸（用时2分钟）

    除了今天学到的曲柄摇杆机构，另外两种铰链

基本类型是否也存在有急回特性和死点位置？

教师引导学生讨论分析后，小结并导入新课：从幻灯片可看出曲柄存在与否，取决于机构中各杆长度关系，只要曲柄越过其与连杆两次共线位置，曲柄一定存在。本节课我们就以曲柄摇杆机构为例，探讨曲柄存在条件和铰链四杆机构类型判断条件，铰链四杆机构演示

搭桥引思。利用幻灯片介绍“低副运动的可逆性”理论，引导与启发学生推导和理解教材结论。

本问题采用探索研究：

第一步：演示曲柄摇杆机构，提出问题。学生根据前面的复习内容，结合多媒体幻灯片演示不难看出，曲柄做等速回转时，会使从动的摇杆获得变速摆动，也就是它的空回行程比工作行程速度要快，从而得到这样一个结论：在曲柄摇杆机构中存在有急回特性。

第二步：继续演示机构，提出共线的问题。学生很快会发现在曲柄回转这一周的过程中会和连杆出现两次共线，而且两者共线时，摇杆刚好处于一左一右两个极限位置，这时我会给出极位夹角的概念，并在图中明确的表示出来，这个重点概念的给出为后面的推导做好了铺垫。

第三步：通过分别分析摇杆的工作行程和空回行程，师生共同填表，采集相关数据。在这个步骤中我会采用提问的形式，鼓励学生大胆的说出自己的答案以提高其兴趣。

第四步：根据表格数据，推导出急回产生的原因。

经过前面一系列的分析，结合幻灯片演示牛头刨床的运动，学生不难发现刀具不做功的空回行程速度较快，那所用时间就短，缩短了非工作时间，一定会提高工作效率。通过这个过程使学生把课本中的理论知识很快的和生产实践结合起来，培养了学生善观察、懂分析、理论联系实际的良好学习习惯。

由于学生已经有了一定的力学知识，这时进行分组讨论，能锻炼他们对各学科知识的综合运用能力，当然在讨论时我会根据情况作适当的引导，要让学生意识到这是一个力学问题。经过讨论、分析和对模型的感受，师生共同得出结论。再根据死点产生的原因定义出死点位置的概念。

以复习提问，探索性演示导入新课，创立问题情景，激发思维，促使学生带着问题有目的地参与课堂教学活动。

利用小黑板准备好例题及课堂练习题，主要突出“五性”：（1）目的性。面向全体学生，巩固课堂所学知识；（2）典型性。这类题能达到以一击十之效；（3）针对性。针对学生实际，巡回检查，既做到因材施教，又能满足学生所需，解学生所惑；（4）综合性。注意知识的横纵联系，提高学生思考问题的综合能力。（5）应用性。此类题能培养学生的应用意识，激发学生学习专业课的兴趣和动力。

在这里我会先让学生进行分组讨论，这时课堂气氛会非常活跃，学生都要抢着说出自己的答案，这些答案可能不一定相同我会根据情况做适当的引导，最终师生共同得出结论。

提出问题“如果对缝纫机踏板机构操作不够熟练常会出现什么现象？”学生结合生活经验很快会给出答案：那就是踏板很容易卡死不能动或出现飞轮的倒转，这时我会告诉学生，踏板被卡死不动的这个位置在机械中称为死点位置，从而引入对该问题的探究。

死点产生的原因是本节中的第二个难点，我采用了以下几个步骤进行化解：①结合踏板机构提出问题：“这踏板机构属于我们学过的哪种基本类型”②据曲柄摇杆机构继续提出问题：曲柄被摇杆带动回转一周过程中会被卡几次？这被卡住的死点位置又有什么特殊性？在这里我一方面演示机构的运动，一方面拿出课前准备好的几个曲柄摇杆机构的简易模型，让学生分组分别感受一下它的实际运动情况，你别看这模型简单，但它比图片演示感受更加真切。学生很快可以得到曲柄回转一周会被卡两次，而这两个位置刚好是曲柄和连杆的共线位置，那为什么在共线位就会被卡死呢，带着这个问题进入第三步学生分组讨论。

这样使学生的探究活动由课内延伸到课外，有利于学生活学活用所学知识，从而做到举一反三。

学习检测效果

1、完成课堂练习

2、每组制作铰链四杆机构

3、完成每种铰链机构的四种变化并总结出特点

教学反思

1、反思教学目标。我设定教学目标较难，不适合高一。

2、加强学生在教学的反思，多做练习通过实际操作掌握原理。

3、很多同学分不清楚急回特性和死点的区别